夸克历史版本

❶ 世界十大疑难问题

1.表达物理世界特征的所有（可测量的）无量纲参数原则上是否都可以推算，或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件，因而也是无法推算的参数？

爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择？想象上帝坐在控制台前，准备引发宇宙大爆炸．“我该把光速定在多少”？“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷”？“我该把普朗克常数--即决定量子大小的参数--的数值定在多大”？他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字？抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑？

2. 量子引力如何帮助解释宇宙起源？

现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论．很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”--即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫M理论--这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”（magic）、“神秘”（mystery）或“所有理论之母”（mother of all theories）．

3. 质子的寿命有多长，如何来理解？

以前人们认为质子与中子不同，它永远不会分裂成更小的颗粒．这曾被当成真理．然而在70年代，理论物理学家认识到，他们提出的各种可能成为“大一统理论”--该理论把除引力外的所有作用力汇于一炉--的理论暗示：质子必须是不稳定的．只要有足够长的时间，在极其偶然的情况下，质子是会分裂的．

办法是捕捉到正在死去的质子．许多年来，实验人员一直在地下实验室中密切注视大型的水槽，等待着原子内部质子的死去．但迄今为止质子的死亡率是零，这意味着要么质子十分稳定，要么它们的寿命很长--估计在10亿亿亿亿年以上．

4. 自然界是超对称的吗？如果是，超对称性是如何破灭的？

许多物理学家认为，把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系，这种关系就是所谓的超对称现象．第一种粒子是费密子，可以把它们粗略地说成是物质的基本组件，就像质子、电子和中子一样．它们聚集在一起组成物质．另一种粒子是玻色子，它们是传递作用力的粒子，类似于传递光的光子．在超对称的条件下，每一个费密子都有一个与之对应的玻色子，反之亦然．

物理学家有杜撰古怪名字的冲动，他们把所谓的超级对称粒子称为“sparticle”．但由于在自然界中还没有观察到sparticle，物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态，在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了．

5. 为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数？

这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们无法想像在更多的方向上运动．这并不意味着宇宙原本就是这样的．实际上，根据超弦理论，肯定还存在着另外六个维数，每一维都呈卷曲状，十分微小，因而无法察觉．如果这一理论是正确的，那么为什么只有这三个维数是伸展开来的，留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢？

6. 为什么宇宙常数有它自身的数值？它是否为零，是否真正恒定？

直到最近，宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀．但最近的观察发现，宇宙可能膨胀得越来越快．人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速．这个常数是否如人们早期所认为的是零，或者是一个非常小的数值，物理学家现在还无法做出解释．根据一些基本计算，这个常数应该很大--是我们观测结果的大约10到122倍．换句话说，宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀．而实际情况并非如此，肯定有什么机制在压制这种作用．如果宇宙真是超对称性的，那宇宙常数就该被完全抵消掉．但这种对称性--如果确实存在的话--看来已经破灭．如果这个常数随时间的变化而变化的话，那情况就更加复杂了．

7. M理论的基本自由度（M理论的低能极限是11维的超引力，它包含5种相容的超弦理论）是多少？这一理论理否真实地描述了自然？

多年来，超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本．到底哪一个--如果有的话--描述了宇宙？反对这一理论的人最近已经接受了被称为M理论的最主要的11维理论框架．但情况却因此变得更加复杂．

在M理论前，所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的．M理论给组成亚原子的物质谱加了一种叫做“膜”（brane）的更为神秘的物质，它就像生理学上的膜一样，但最多有9个维数度．现在的问题是，什么是更基本的物质组成单位，是膜组成了弦还是刚好相反？或者另外存在着一些更基本的物质单位，只是人们没有想到罢了？最后，这两种东西中是否有一种确实存在，或者M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏？

8. 黑洞信息悖论的解决方法是什么？

根据量子理论，信息--无论它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确切方式--是不会从宇宙中消失的．但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒡芬·霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠网络全书扔进黑洞中去，将会发生什么事？宇宙中是否有其他同样的网络全书是无关紧要的．正如物理学中所定义的，信息并不等同于含义，信息仅指二进制的数字，或是一些其他的代码，它被用来精确地描述一个物体或一种方式．所以看起来那些特定的书本里的信息将被吞没，并永远地消失．但人们觉得这是不可能的．

霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了，而量子力学必须对此作出解释．普雷希尔博士推测信息其实并没有消失；它也许以某种形式显示于黑洞的表面，如同在一个宇宙中的银幕上．

9. 何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距？

换言之，为什么重力比其他的作用力（如电磁力）要弱得多？一块磁铁能够吸起一个回形针，即使整个地球的引力在把它往下拉．

根据最近的一种说法，重力实际上要大得多．它仅仅是看上去比较弱而已，因为大部分重力陷入了某一个额外的维数度之中．如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力，也许就有可能制造出微型黑洞．虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣，但这些黑洞很可能刚一形成就消失了．

10. 我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在？

量子色动力学（QCD）是描述强核子力的理论．这种力由胶子携带，它把夸克结合成质子和中子这样的粒子．根据量子色动力学理论，这些微小的亚粒子永远受到约束．你无法把一个夸克或胶子从质子中分离出来，因为距离越远，这种强作用力就越大，从而迅速地把它们拉回原位．

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❸ 多普勒效应中为什么恒星离地球越远就会波长越长，是不是波长与其能量具有某种关系

世纪发现·大爆炸宇宙学

碧声

创生之爆炸

宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这片四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。

刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。最初的1秒钟之后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。随着这锅汤继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。

这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型”。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，但一直寂寂无闻。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论，不过也只是觉得它很好玩，并不信服。人们更愿意认为，宇宙是稳定的、永恒的。

但是，越来越多的证据表明，大爆炸模型在科学上有强大的说服力，至少现在没有比它更好的理论。我们不得不相信，宇宙有一个开始，也将有一个终结。它产生于“无”，或许也终将回归于“无”。

沉寂的永恒

在人类历史的大部分时期，有关创世的问题，一向是留给神去解决的。宇宙起源于何处？终点又在哪里？生命如何产生？人类怎样出现？对这些疑问，许多宗教都能给出一份体系完备的答案。至于上帝从哪里来，这种问题是不该问的。直到最近几个世纪，人们才开始学着把神撇开，以超越宗教的角度，去思考世界的本源。这样一来，就有一个重大的原则性问题需要解决：宇宙是永恒存在的，还是有起始的？

这个问题长久以来一直困扰着科学家、哲学家和神学家，更不用说普通人。不同版本的宗教和神话都认为世界是有起始的，并把创世的时间定在不太遥远的过去——一般是几千年前。这当然不足为信，因为后来地质和天文观测都表明，地球和其它天体年龄大到在以亿年来计。如此长的时间实在难以想象，因此很多人倾向于认为宇宙一直存在，在时间上没有起源，即宇宙的年龄是无穷大。无穷大这个概念，一听就让人头昏脑胀：既然已经过去了无穷久的时间，我们的“现在”又是什么呢？而如果说宇宙是有起始的，那么它是怎样从“无”中突然产生的呢？我们真的需要一个创世的上帝吗？

以人类短暂生命中获得的知识，要完全弄明白这些是很难的。不过，我们可以从科学上寻求一些佐证，来尽量靠近真理。大爆炸模型的一个基本假设是宇宙的年龄有限，这个说法令人信服的直接理由，来自物理学中一条最基本的定律——热力学第二定律。这条科学史上最令人伤心绝望的定律，冥冥中似乎早已规定了宇宙的命运。

简而言之，第二定律认为热量从热的地方流到冷的地方。对任何物理系统，这都是显而易见的特性，毫无神秘之处：开水变凉，冰淇淋化成糖水。要想把这些过程颠倒过来，就非得额外消耗能量不可。就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙的“熵”（无序程度）与日俱增。例如，机械手表的发条总是越来越松；你可以把它上紧，但这就需要消耗一点能量；这些能量来自于你吃掉的一块面包；做面包的麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢来进行核反应。总之宇宙中每个局部的熵减少，都须以其它地方的熵增加为代价。

在一个封闭的系统里，熵总是增大的，一直大到不能再大的程度。这时，系统内部达到一种完全均匀的热动平衡的状态，不会再发生任何变化，除非外界对系统提供新的能量。对宇宙来说，是不存在“外界”的，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡，万劫不复。这种情景称为“热寂”。

宇宙正在缓慢地、但坚定不移地走向这种不可抗拒的命运，几代智者为此怀疑人类的存在是否有意义。暂且抛开这种沮丧的情绪，作一个简单的推理，我们就可以发现，宇宙不可能有无限的过去。很简单，如果宇宙无限老，那它早就已经死了。以有限速率演变的东西，是不可能永远维持下去的。换句话说，宇宙必然是在某个有限的时间之前诞生的。

星辰远去

第二定律明示了宇宙有起始，19世纪的一些科学家曾模模糊糊地谈到过这个结论，如英国科学哲学家威廉·杰文斯在1873就曾提出应该有一个“创世”的时刻。不过大多数科学家都忽视了这个推论，它只是在后来成为大爆炸模型的佐证之一。该模型的提出，最早的理论基础是爱因斯坦广议相对论，实证基础则是19世纪末、20世纪初的天文观测。

大家都非常熟悉多普勒效应，最常见的例子是火车通过的汽笛声：当火车快速接近我们时，汽笛的音调升高，远去时音调则降低。音调的变化是由于声波相对于我们的频率发生了变化。

多普勒效应不仅适用于声波，也适用于光波。当运动光源的光波到达我们的眼睛时，光波的频率也会发生相应的改变。如果光源向着我们运动，我们看到的光就会向光谱的高频端（紫端）偏移；反之，如果光源离我们远去，光波就会向光谱低频端（红端）偏移。

多普勒效应是奥地利天文学家多普勒在1842年首先发现的。它首先被用于观察太阳和行星的自转。1968年，英国天文滂学家W·哈金斯首次应用此原理测量了天狼星的视向速度，并宣布它正以每秒47公里的速度离我们远去。这一数字不算精确，但基本结论是对的。此后，各国天文学家对其它恒星乃至河外星系进行了大量类似的观测。结果发现，星系光谱有普遍的红移现象。除了几个最近的星系外，所有的星系都在离我们远去。

1929年，天文学家埃德温·哈勃提出，这些星系的退行速度在有规律地增加，一个星系的退行速度与其距离成正比。这个规律叫做哈勃定律，它很快就为天文观测所证实。

离我们越远的星系远去得越快，为什么为这样呢？设想一个表面涂满小点的气球，当气球膨胀时，小点便各自远离。假设有个小人站在任一点上，在它看来，其它所有的点似乎都在离它远去，而且离它越远的点远离得越快。不论它站在哪个点上，效果都是一样的。（这也意味着，哈勃定律决不表示地球是宇宙的中心）。

星系这种远去的行为使人们觉得宇宙仿佛是在膨胀，就像膨胀着的气球一样。天文学家现在大都承认了宇宙膨胀这一事实。而且对爱因斯坦广义相对论中“场方程”的解释，能够与膨胀宇宙相符合。

爆炸的起点

既然宇宙一直在不断地膨胀，那么可以合理地设想，它在过去应该比现在小。如果能把宇宙史这部影片倒过来放，我们应该会发现，在很久很久以前的某个时候，所有的星辰都是聚合在一起的，宇宙最初是一个致密的物质核。

1922年，苏联数学家A·A·弗里德曼首先提出这种可能性。当时哈勃定律还没有提出，弗里德曼完全是通过理论推导得出此结论的。在此之前，爱因斯坦已经发现自己的方程只能描述一个膨胀或收缩的宇宙。但这位科学巨匠缺乏敢于预言宇宙并非静止的自信心，遂强行在方程中引入一个斥力，描述了一个静态宇宙。

弗里德曼指出，爱因斯坦静态宇宙是极不稳定、不可能维持的，一个膨胀的宇宙虽然听上去有些古怪，却更为合理。爱因斯坦被说服了。年轻的弗里德曼率先预言了宇宙膨胀。可惜天妒英才，弗里德曼未能看到他的理论被哈勃所证实。1925年他因伤寒去世，终年37岁，其成果鲜为人知。

1927年，比利时天文学家勒梅特独立研究出了类似的膨胀宇宙说。由于宇宙一直在膨胀，所以它在过去某一时刻会体积非常小而密度非常大，这东西被勒梅特称为宇宙蛋。他还提出，宇宙一直在膨胀，并且是从过去的一次超级爆炸开始的；今天的星系就是宇宙蛋的碎片；而星系相互退行，就是很久以前那次爆炸的回波。

勒梅特的成果在当时也未受人注意，直到更有名望的英国大科学家爱丁顿阐述膨胀宇宙论，才引起科学界的普遍关注。到20世纪30年代和40年代，俄国血统的美国物理学家伽莫夫才真正普及了宇宙起源于爆炸的观念。有趣的是，“大爆炸”（BIG BANG）这个词，是一位大爆炸理论的反对者造的。这位叫霍伊尔的天文学家认为，认同大爆炸模型等于“公然邀请创世理论”，与上帝妥协，不是严肃的科学态度。

大致说起来，大爆炸模型是这样的：宇宙是不断膨胀的，而且由于引力的作用，膨胀的速度会随时间发生变化。万有引力作用于宇宙一切物质与能量之间，起到刹车的作用，阻止星系往外跑，从而使膨胀速度越来越慢。在诞生初期，宇宙从高密度状态迅速膨胀，随着时间的推移，宇宙体积越来越大，膨胀速度越来越小。将此过程回溯到宇宙创生的那一刻，可以发现当时宇宙体积为零，而膨胀速度为无限大。这就是大爆炸。

大爆炸是空间、时间、物质与有量的起点。这些概念都不能外推到大爆炸之前。大爆炸之前是什么、什么引起了大爆炸，这些问题在逻辑上就是没有意义的。那以前所有的，只是“无”。

这个结论让人接受起来很不容易。1948年，两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出另一种理论，承认膨胀宇宙但否认大爆炸。后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这一被称为“连续创生论”的理论。该理论认为宇宙是稳恒态的；在星系散开的过程中，不断有新的星系从空间中产生出来；形成星系的物质是无中生有的，而且运动速度非常缓慢，用现有技术无法测出。结论是，宇宙总是保持着同一状态，在没有限度的过去和没有限度的未来中，它一直是这样，没有开始也没有结束。

在十多年的时间里，大爆炸和连续创生论和争论非常激烈，但没有实际的证据来裁决到底哪一个对。在这段时间里，“大爆炸”这个词是一种贬义用语，引申含义是“不严肃”、“可笑”。

光焰的余辉

热寂、宇宙膨胀等理论，似都不足以令大多数人信服大爆炸的存在。如果过去某个时候曾发生过一次大爆炸，如此惊天动地的力量是否在今天的宇宙结构上留下了某种印迹？既然有那么多宗教考古学家热衷于寻找伊甸园的旧址、亚当夏娃的文物，科学家是否该去发掘一下宇宙创生的遗迹呢？

1948年，伽莫夫指导的一位年轻研究生R·A·阿尔弗在他的博士学位论文中提出，宇宙源于约140亿年前的一次大爆炸，并详述了宇宙诞生的最初几分钟里，基本粒子结合成为元素的过程。论文的题目是“化学元素的起源”，发表于《物理评论通讯》杂志上。在这篇文章里，伽莫夫玩了一个文字游戏，将对此项研究并无贡献的物理学家H·贝特的名字添入论文中。这样，论文的三位作者阿尔弗、贝特、伽莫夫的名字，念起来与希腊字母表中头三个字母阿尔法、贝塔和伽马颇为相似。这对一篇谈论宇宙起源的论文来说，实在是再合适不过了。

这篇论文给出了大爆炸理论的第一个数学模型。此后不久，阿尔弗与另一位科学家赫尔曼一道，在《自然》杂志上发表了另一篇论文，提出了一个证实大爆炸理论的方法。

按照大爆炸理论，最初的几分钟里，宇宙是一个炽热的火球，到处充满温度高达几十亿度的光辐射。由于此时的宇宙处于热动平衡中，这种辐射具有独特的光谱特征，称为“黑体谱”。随着宇宙的膨胀，辐射的温度不断下降，但仍保留着黑体谱的特征，以及总体均匀性。按照推算，现在的宇宙应存在着温度约为5K的背景黑体辐射。

这个杰出的预言在当时并未引起重视，而被埋没在浩瀚的物理学文献之中。在没有电脑、没有互联网的1948年，科学家之间的交流无法与今天同日而语。阿尔弗与赫尔曼不是射电天文学家，没办法自己设计出合适的探测器来在太空中搜索大爆炸的残留辐射——即使他们愿意那样做，在那个时代也没有足够的技术力量。而且，在40年代和50年代，在多数物理学家看来，再现宇宙早期史的细节并不是一种严肃的学术活动。

多年以后，即1965年，美国贝尔实验室的两位无线电工程师A·彭齐亚斯和R·威尔逊，在为跟踪一颗卫星而校准一具非常灵敏的天线时偶然发现，接收器中存在着某种无法消除的噪声。这表明宇宙浸润在一种辐射当中，它相当于在电磁波谱微波波段波长7.35厘米的某种无线电信号，以相同的强度从空间各个方向射向地球，在大尺度上分布非常均匀。其温度约为3K，谱线有完美的黑体谱特征。与此同时，美国普林斯顿大学R·迪克领导的一个科学家小组，独立地重新发现了阿尔弗和赫尔曼早先作过的预言，并着手设计一台探测器供搜索大爆炸的残余辐射。他们听说了贝尔实验室发现的这种辐射之后，立即将它解释为大爆炸后原初宇宙高热的遗迹，即大爆炸火球黯淡下去的最后光芒。

由于这种背景辐射频率集中在微波波段，因此被称为微波背景辐射。大多数天文学家都认为，它的发现为大爆炸理论提供了结论性的依据。大多数人因此而接受了大爆炸曾经发生的说法，抛弃了连续创生论。因为这项发现，彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年诺贝尔物理学奖。然而，最早对微波背景辐射作出预言的阿尔弗和赫尔曼，却未因此获得荣誉，甚至在许多总结大爆炸理论发展史的文献中被遗忘。

还应当提及的是，在1983年，人们开始获悉苏联无线电物理学家什茂诺夫或许早在1958年就发现了这种辐射，并用俄文公布了这一事实。什茂诺夫建造了一具对微波信号敏感的天线，并报道探测到了某种在天空中各个方向上均匀的信号，与之相当的辐射具有的温度在1K到7K之间。当时无论是他本人或是其他任何人都不清楚这项发现的重要性。事实上，什茂诺夫直到1983年才闻知大爆炸的预言及彭齐亚斯和威尔逊的发现，这已是他们两位获得诺贝尔奖五年后的事情了。像阿尔弗和赫尔曼一样，什茂诺夫亦未能获得应有的荣誉，科学史上往往颇多此种遗憾。

最初三分钟

大爆炸是什么时候发生的呢？由于红移容易测量，所以我们相当确切地知道星系退行的速度。但确定宇宙的年龄，我们还必须确定星系的距离。距离越大，星系退行到现在位置所需的时间也越长。但距离并不容易确定出来。科学界对宇宙的年龄有不同说法，大体在100-200亿间之前，比较通行的说法是150亿年。我们并不确切地知道大爆炸已经过去了多久，倒是对大爆炸刚刚发生之后1秒到几分钟的时间里发生的事了解得更多。

最初的1秒钟是宇宙史上的一道分水岭。在此时刻以后，宇宙的温度已降到一定程度，能用我们现有的物理知识来描述，从而获得一幅大致准确的宇宙鸟瞰图。而在1秒钟之前，致密、高热的宇宙是一堆人类尚无力了解其行为的粒子，现有的物理规律不足以描述其行为。这是黑箱式的1秒钟。

在1秒钟之前，宇宙中应该存在着等量的质子和中子，因为弱相互作用会使质子与中子相互转化，维持其数目的平衡。但到了1秒钟时，膨胀速度变得太大了，弱相互作用不能再维持质子与中子数的平衡。由于中子比质子稍重一些，质子转变为中子需要消耗较多能量，比中子转变为质子困难一些。然后，弱相互作用停止，中子和质子不再大量互相转换，留下的中子与质子相对数目有一个确定的比值——大概是1比6。

在最初1秒过后、3分钟之内，中子和质子进行剧烈的聚合反应，形成氘核、氦核和锂核，主要是形成氦核。这个过程用完了所有的中子，余下的质子就成了氢原子核。3分钟过后，宇宙的温度降到10亿度以下，物质密度也迅速下降，这类核反应遂告中止。计算表明，最初三分钟里大约有22-24%的物质形成的氦4，剩下的物质几乎全部保持氢的形式，仅有十万分之几成为氦3和氘，还有百亿分之几成为锂。

因此，大爆炸模型预言宇宙中应有22-24%的物质为氦，余大绝大部分为氢。最初三分钟里形成的氢和氦，构成了宇宙中99%以上的物质。形成行星和生命的丰富多彩的重元素，只占宇宙总质量的不到1%，它们大部分是在大爆炸之后很久于恒星的内部形成的。

对宇宙各处的氦、氘及其它元素等的观测，极好地证实了上述丰度值的普适性。简单的大爆炸模型与严格的天文观测间形成了美妙的一致。这一预言是大爆炸图景最大的成功。

时空尽头

大爆炸模型并不是终极真理。它只是现有宇宙起源理论中最好的，但仍有许多难题未能解决。例如最初三分钟过后的许多年里，物质如何聚集成团形成星系、恒星，依旧是一个模糊的过程。此外，把“大爆炸之前是什么”简单地归为逻辑上不合理的问题而不予回答，虽然很高明却似乎有点不负责任。

对于大爆炸模型，科学界目前存在的一个主要分岐在于，宇宙是“开放”的，抑或是“闭合”的。这个问题关联到宇宙的终结。

根据推断，宇宙的形成距今约100-200亿年。天文观测表明，各种天体的年龄均小于200亿年，这与大爆炸理论符合得很好。我们的地球大概是50亿年前形成的，至于人类出现的历史便短得不值一提了。宇宙现在还算得上年轻，担忧末日来临，对单个人来说是十分无聊的事。然而，为全人类的命运想一想这个问题，还是有必要的。

按照大爆炸模型，宇宙在诞生后不断膨胀，与此同时，物质间的万有引力对膨胀过程进行牵制。如果宇宙的总质量大于某一特定数值（临界质量），那么总有一天宇宙将在自身引力的作用下收缩，造成与大爆炸相反的“大坍塌”，这样的宇宙是“闭合”的。如果宇宙总质量小于这一数值，则引力不足以阻止膨胀，宇宙就将永远膨胀下去，即“开放”的。

开放宇宙和闭合宇宙两种理论都很流行，且相持不下。这是因为给宇宙过磅实在过于困难，无论从实际观测或理论推导上都不易实现。最近几年，天文观测结果似乎更多地支持开放理论，即宇宙总质量太轻，达不到引起收缩的临界质量；甚至有人声称发现了造成宇宙加速膨胀的“反引力力”。不过，这些结果没有一项是决定性的。

有趣的是，科学家发现，无论宇宙是开放或闭合的，它都必须非常接近临界质量。如果质量太大造成引力太大，宇宙便会在膨胀后不久就开始收缩，活不了太长。这样，恒星还来不及形成，生命和人类就更不用提。如果宇宙质量太小，宇宙就会膨胀得太快，物质很快就变得非常稀薄，不足以聚集成恒星、星系，生命也不会产生。在这两类宇宙里，都不会产生人类这种对宇宙起源寻根究底的麻烦东西。或许在某些地方存在着与临界质量相距很远的宇宙，但既然眼前这个宇宙里有我们的存在，那末它的质量必须与临界质量相差不大。这个事实无形中使确定宇宙是开放或闭合更为困难——我们需要非常精确的数据来确定宇宙的质量到底是大于或小于临界质量。

因此，我们不得不对两种未来都进行一下预言。

如果宇宙永远膨胀下去，在非常遥远的将来——譬如1亿亿亿年以后，所有的恒星都已燃烧完毕，茫茫黑暗中，潜伏着一些黑洞、中子星等天体。宇宙的尺度已经膨胀到今天的1亿亿倍，而且还在扩张下去。在这个系统里，引力不足以使膨胀停止，但不动声色地消耗着系统的能量，使宇宙缓慢地走向衰亡。黑洞在霍金效应的作用下释放出微弱的辐射，最终全都以光和热的形式蒸发掉。足够长的时间之后，连质子这样稳定的基本粒子也衰变、消亡了，宇宙最终变成一锅稀得难以置信的汤，其中有光子、中微子，越来越少的电子和正电子。这些粒子缓慢地运动，彼此越来越远，不会再有任何基本物理过程出现。这是寒冷、黑暗、荒凉而空虚的宇宙，它已经走完了自己的历程，面对的是永恒的生命，抑或永恒的死亡。这种情景，与传统意义上的“热寂”并不相同，荒凉程度却甚为相似。

如果宇宙质量大于临界质量，终有一天开始收缩，又将何如呢？在大尺度上，收缩过程与大爆炸后的膨胀是对称的，像一场倒放的电影，收缩的过程起初很慢，随后越来越快。在从膨胀到收缩的转折点过后，宇宙的体积开始缩小，背景辐射温度上升。漆黑寒冷的宇宙变成一个越来越热的熔炉，生命无处可逃，全都被煮熟烤焦。最后，行星、恒星也毁灭了，分布在如今浩瀚空间里的物质被挤进一个很小的体积中，最后三分钟来临了。

温度变得如此之高，连原子核也被撕毁，宇宙又成了一锅基本粒子汤。然而这种状态也只能生存几秒钟的时间。在最后的1秒钟里，质子和中子也无法区分，挤成一堆由夸克构成的等离子体。在最后的时刻里，引力成为占绝对优势的作用力，它毫不留情地把物质和空间碾得粉碎，时空曲率不断加大。在这场“大坍塌”中，所有的物质都不复存在，一切“存在”的东西，包括时间和空间本身，都被消灭。剩下的只有一个时空奇点。

这就是末日。它是一切事物的末日。大爆炸中诞生于无的宇宙，此刻也归于无。多少亿年的辉煌灿烂，连一丝回忆也不会留下。

碧声注：从前给《环球》杂志写过一篇较短的同题目文章，蒙诸位网友青眼四处转载。后经补充成为现在这篇，算是2.0版。不过其中仍颇有些地方经不起推敲，如热寂问题与宇宙的结局等。正在努力读书，也许有一天会拿出一个更好的版本来罢。

田园将芜，雨雪载途，胡为乎泥中。

❹ 宇宙中的黑洞是什么东西

黑洞是密度超大的星球,吸纳一切,光也逃不了.
(现在有科学家分析,宇宙中不存在黑洞,这需要进一步的证明,但是我们在学术上可以存在不同的意见)
首先,对黑洞进行一下形象的说明:
黑洞有巨大的引力,连光都被它吸引.黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。据猜测，黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。
再从物理学观点来解释一下:
黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大, 靠近它的物体都被它的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样),不管用多大的速度都无法脱离。对于地球来说，以第二宇宙速度（11.2km/s）来飞行就可以逃离地球，但是对于黑洞来说，它的第三宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以连光都跑不出来，于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到任何东西，只是黑色一片。

因为黑洞是不可见的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它们到底在哪里？

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样

为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。

爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块，则将产生更大的效果，使床面下沉得更多。事实上，石头越多，弹簧床面弯曲得越厉害。

同样的道理，宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。

如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方 ，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。

现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大大地影响床面，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。

现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进大石头形成的深洞一样，一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。

我们已经说过，没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度，有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理，一切比其周围温度高的物体都要释放出热量，同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量称为：霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。

处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。

我们都知道因为黑洞不能反射光，所以看患�T谖颐堑哪院V泻诙纯赡苁且T抖�制岷诘摹5�⒐���锢硌Ъ一艚鹑衔�诙床⒉蝗绱蠖嗍�讼胂笾心茄�凇Mü�蒲Ъ业墓鄄猓�诙粗芪Т嬖诜�洌��液芸赡芾醋杂诤诙矗�簿褪撬担�诙纯赡懿⒚挥邢胂笾心茄�凇?
霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后，有的就会消失在茫茫太空中。一般说来，可能直到这些粒子消失时，我们都未曾有机会看到它们。

霍金还指出，黑洞产生的同时，实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中，另一个则会逃逸，一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言，看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。

所以，引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”，它实际上还发散出大量的光子。

根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时，同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律，当黑洞失去能量时，黑洞也就不存在了。霍金预言，黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸，释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。

但你不要满怀期望地抬起头，以为会看到一场烟花表演。事实上，黑洞爆炸后，释放的能量非常大，很有可能对身体是有害的。而且，能量释放的时间也非常长，有的会超过100亿至200亿年，比我们宇宙的历史还长，而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

等恒星的半径小于一特定值（天文学上叫“施瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指任何物质一旦掉进去，就再不能逃出，包括光。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。

那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。

这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。

与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

按组成来划分，黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成，它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转，其内部产生巨大的负压以吞噬物体，从而形成黑洞，详情请看宇“宙黑洞论”。暗能量黑洞是星系形成的基础，也是星团、星系团形成的基础。物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时，我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大。但物理黑洞的体积却非常小，它可以缩小到一个奇点。

黑洞吸积

Ramesh Narayan、Eliot Quartaer 文 Shea 译

黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。

天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星——包括地球——也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。

然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外边散发质子.

爆炸的黑洞

黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史迪芬·霍金于1974年做此语言时，整个科学界为之震动。黑洞曾被认为是宇宙最终的沉淀所：没有什么可以逃出黑洞，它们吞噬了气体和星体，质量增大，因而洞的体积只会增大，霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量，这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。

奇妙的萎缩的黑洞

当一个粒子从黑洞逃逸而没有偿还它借来的能量，黑洞就会从它的引力场中丧失同样数量的能量，而爱因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的损失会导致质量的损失。因此，黑洞将变轻变小。

沸腾直至毁灭

所有的黑洞都会蒸发，只不过大的黑洞沸腾得较慢，它们的辐射非常微弱，因此另人难以觉察。但是随着黑洞逐渐变小，这个过程会加速，以至最终失控。黑洞委琐时，引力并也会变陡，产生更多的逃逸粒子，从黑洞中掠夺的能量和质量也就越多。黑洞委琐的越来越快，促使蒸发的速度变得越来越快，周围的光环变得更亮、更热，当温度达到10^15℃时，黑洞就会在爆炸中毁灭。

关于黑洞的文章：
自古以来，人类便一直梦想飞上蓝天，可没人知道在湛蓝的天幕之外还有一个硕大的黑色空间。在这个空间有光，有水，有生命。我们美丽的地球也是其中的一员。虽然宇宙是如此绚烂多彩，但在这里也同样是危机四伏的。小行星，红巨星，超新星大爆炸，黑洞……
黑洞，顾名思义就是看不见的具有超强吸引力的物质。自从爱因斯坦和霍金通过猜测并进行理论推导出有这样一种物质之后，科学家们就在不断的探寻，求索，以避免我们的星球被毁灭。
也许你会问，黑洞与地球毁灭有什么关系？让我告诉你，这可大有联系,待你了解他之后就会明白。
黑洞，实际上是一团质量很大的物质，其引力极大（仡今为止还未发现有比它引力更大的物质），形成一个深井。它是由质量和密度极大的恒星不断坍缩而形成的，当恒星内部的物质核心发生极不稳定变化之后会形成一个称为“奇点”的孤立点（有关细节请查阅爱因斯坦的广义相对论）。他会将一切进入视界的物质吸入，任何东西不能从那里逃脱出来（包括光）。他没有具体形状，也无法看见它，只能根据周围行星的走向来判断它的存在。也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来，但实际上根本用不着过分担心，虽然它有强大的吸引力但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据，就算它对距地球极近的物质产生影响时，我们也还有足够的时间挽救，因为那时它的“正式边界”还离我们很远。况且，恒星坍缩后大部分都会成为中子星或白矮星。但这并不意味着我们就可以放松警惕了（谁知道下一刻被吸入的会不会是我们呢？），这也是人类研究它的原因之一。
我们已经了解了他可怕的吸引力，但没人清楚被吸入后会是怎样的一片景象。对此，学者、科学家们也是莫衷一是，众说纷纭的。有人认为，被他吸入的物质会被毁灭。有的人则认为，黑洞是通往另一宇宙空间的通道。到底被吸入之后会如何我们也不得而知，也许只有那些被吸进去的物质才了解吧！
黑洞只是宇宙千千万万奥秘中的一员，但我们探求它的小部分秘密就不知花费了多少时间，一代人的力量是有限的，但千百万代人的力量汇聚在一起就一定会成功，相信我们以及我们的后代在不久的将来会将黑洞以至整个宇宙的奥秘完全探求出来。

恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质的终极形态,黑洞之后就会发生宇宙大爆炸,能量释放出去后,又进入一个新的循环.

另外黑洞在网络中指电子邮件消息丢失或Usenet公告消失的地方。

❺ 人们是怎么看到夸克的，他不是比光的波长还短吗

能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是电子和质子，1932年又发现中子，确认原子由电子、质子和中子组成，它们比起原子来是更为基本的物质组分，于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构，有些粒子实验显示具有明显的内部结构。看来这些粒子并不属于同一层次，因此基本粒子一词已成为历史，如今统称之为粒子。

粒子之间存在着相互作用，有强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用，其中引力相互作用非常弱，可以忽略。通过这些相互作用，产生新粒子或发生粒子衰变等粒子转化现象。按照参与相互作用的性质将粒子分成以下几类：①规范粒子。即传递相互作用的媒介粒子，已发现的有传递电磁作用的光子和传递弱作用的W±、Z0粒子。②轻子。不直接参与强作用可直接参与电磁作用和弱作用的粒子，已发现的有电子、μ子、τ子和相伴的电子中微子ve、μ子中微子、τ子中微子及它们的反粒子共12种。③强子。直接参与强作用，也参与电磁作用和弱作用的粒子。其中自旋为整数的强子称为介子，自旋为半整数的强子称为重子。强子的数目众多，其中大部分是通过强作用衰变的粒子，其寿命极短，是不稳定的粒子，也称为共振态。

各种粒子分别有各自的内禀性质，有粒子的质量m（静质量，以能量表示）、寿命τ（平均寿命，指静止系的平均寿命）、电荷Q（以质子的电荷为单位）、自旋J（以为单位）、宇称P、同位旋I、同位旋第3分量I3、重子数B、轻子数Le、、Lr、奇异数S、粲数C 、底数d等等。下面给出部分稳定粒子及其性质一览表

在现有实验的精度下，轻子的行为类似点粒子，没有显示出具有内部结构，而强子显示是复合粒子，具有一定的结构。按照现代粒子物理的观点，介子由一对正反夸克构成，重子由3个夸克构成，轻子和夸克属于同一层次。

【基本粒子】
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elementary particles

基本粒子简介

构成一切物质实体的基本成分；也指量子理论中有基本力的粒子。

严格地说，基本粒子是不能再分解为任何组成部分的粒子。在这一定义下，只有夸克和轻子两族基本粒子。但是，虽然质子和中子由夸克组成，这两类重子都不可能分解为它们的夸克成分，因为独立的夸克是不能存在的。所以，尽管质子和中子以及其他重子由夸克组成，它们常被看成是基本粒子。

电子的发现
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直到19世纪末，原子一直被认为是物质的基本建筑砌块。后来，英国粒子物理学先驱、剑桥卡文迪什实验室的约瑟夫·约翰·汤姆孙(Joseph John Thomson，1856—1944)，发现原子产生的一种辐射能够用原子自身分裂出来的带电微粒流来解释，现在知道这种带电微粒就是电子。

原子核的研究
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既然电子带负电荷，而原子呈电中性，很明显，原子内部必然有另外的带正电荷的粒子，以抵消电子的负电荷。20世纪初叶，工作于曼彻斯特的新西兰裔物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford，1871—1937) (后来继汤姆孙任卡文迪什实验室主任)证明，这一正电荷与原子的大部分质量一起，都集中在很小的中心核内。

起初人们认为，原子核是电子与荷正电的质子的混合物。到了1932年，也在卡文迪什实验室工作的詹姆斯·查特威克(James Chadwick，1891—1937)才发现了不带电的质量几乎与质子一样的中子。于是原子核被解释成由强核相互作用，或强力，维持在一起的质子和中子的集合。

那时，这三种粒子——电子、质子和中子——似乎是构成一切物质的仅有基本粒子，但宇宙线研究和粒子加速器中高能粒子束互相轰击的实验却表明，还存在其他类型‘亚原子’粒子；不过这些‘新’粒子是不稳定的，它们将迅速‘衰变’成其他粒子簇射，以我们熟悉的电子、质子和中子告终。

重要的是应该懂得，这些新粒子根本不是存在于粒子加速器中互相轰击的粒子(如质子)的‘内部’；它们是从注入加速器的能量中，按照爱因斯坦的公式 (或者，在所讨论的情况下，更恰当的是)创造出来的。

然而，在它们的短暂寿命期间，它们是具备质量和电荷等特征的真正粒子。这样的粒子，应该曾经在大爆炸的高能条件下大量出现。

介子的研究
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物理学家不知道如何将这些粒子纳入一个圆满的物理理论，他们试图解释这些粒子之间基本力的作用方式。他们这样做时，仿效光子携有带电粒子之间的电磁力，想借助另一类携带着力的粒子——介子。但介子又是用什么东西制造的呢？

❻ 量子力学对宇宙的物理理论做出什么贡献

导读：从普朗克黑体辐射开始，量子力学开始了飞速的发展。而且你会发现，完成量子力学理论的建立者，都是一群年轻人，大多数不超过30岁。

世界上唯一不变的，就是变化。我相信几乎所有人都认可这个观点。那么又什么理由去相信定值永远是定值呢？

由此可以清晰的想到，量子力学的波函数一定不能包含所以量子运动的信息，只是量子系统，量子运动的陈述语言。因为有变化的缘故，无法做到这一点。但一定要认识到，量子力学是可靠的。

量子力学现在所有的疑惑，和诡异，是对人类而言的。不是对量子力学本身而言的。以人类来衡量宇宙规律，还是以宇宙规律来观测宇宙规律，这个区别很重要。人自身的局限性不可克服这是客观的。

我们必然需要更多的机制，来衔接宏观世界。这一切在本质上有矛盾，但可以理解矛盾，就一定不可怕。所有粒子，所有物体都具有波动性，都有波长。粒子的结构和组合，使得这种波动，波长有了新的变化。

在最最微观的世界中，我们一定能看到一个激烈，有碰撞的，有涨落的画面。所有的场的机制，不是独立的。

从黑体辐射到现在，我们走过很多的岁月。但为什么我感觉我们好像才刚刚来过呢？

独立学者，科普作家，艺术家灵遁者量子力学书籍《见微知著》

❼ 量子物理是什么，它研究什么方面的问题

量子物理学是研究微观世界，包括原子、电子、原子核以及原子核内部结构和运动规律的一个物理学分支。比如原子核外电子的排布规律就是量子化的；热量在导热体中传导，也是量子化的，即一份一份的传导，而不是我们通常想的那样连续的；再比如导体中形成电流是内部的电子在运动，这个运动是量子化的，不是我们通常想象的匀速或者匀加速运动。总之，在微观世界的物理现象都是量子化的，而不是像宏观世界那样连续的。这时候，经典物理学对微观世界不再适用，必须用量子物理取而代之。

❽ 被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，究竟是什么东西

2012年7月，物理学领域有了一个重大的发现，物理学家们终于解开了困扰他们40多年的谜团。当每个人都兴奋地握手庆祝时，一个老人哭了，这个人就是彼得•希格斯。他对一个新的基本粒子的预测，即标准物理模型中对基本粒子家族的必要补充，最终被证明是正确的。

希格斯玻色子的发现尤其令人期待，因为它被吹捧为“上帝粒子”。但是为什么它有这么一个耸人听闻的昵称呢？

二十年过去了，物理学家们仍然一无所知。1993年，美国物理学家Leon Lederman和Dick Teresi写了一篇文章《上帝粒子：如果宇宙是答案，那问题是什么？》。有趣的是，最初的标题是《这令人讨厌的粒子》（The Goddamn Particle），反映了物理学家在近20年里无法找到它的巨大挫败感。然而，出版商不同意，之后作者把单词删减成“上帝”。结果这个名字就粘在上面了。就像一个有责任心的寄生虫，似乎不会很快离开。

误释被曲解了，阴谋也随之而来。2005年大型强子对撞机（LHC）开始开发时，扑朔迷离的阴谋正四处流传。一些人认为物理学家打开了通往地狱的大门。

物理学家通过研究在高速粒子碰撞中分散的碎片，发现了新的、更小的基本粒子。这类似于通过检查电视机从建筑物顶部扔下来摔成的碎片来研究其内部结构。2012年，人类有史以来建造的最强大的粒子加速器LHC，以接近光速的速度碰撞质子，最终发现了长久以来寻找的希格斯玻色子，原来它隐藏在内部。

希格斯场的发现仅仅是个开始。我们推测，这个场的许多“版本”最终将不仅仅是对称建立，而是所谓的超对称，它是一个扩展的标准模型，有望填补剩余的空白。这也包括暗物质的构成，暗物质目前似乎比希格斯场更难以理解。

不管是不是上帝粒子，这个发现是开创性的，也许是我们短暂历史上最重要的发现之一。我们的祖先带着棍子出发，但最重要的是，带着好奇心，沿着潮湿的砾石，追踪水斑找到溪流，爬过一个个悬崖，跟着溪流发现池塘，我们现在已经艰难地追踪到这四大河流。

在这段时间里，我们已经锻造了一些工具，正如英国科幻作家Arthur Clarke所说，它们与魔法别无二致。很快，我们就会沿着河流到达最终的“大河”，把我们的木棍固定在它旁边的地面上，回顾我们史诗般的朝圣之旅。然后我们就可以停止好奇“如何做”，而开始思考“为什么”。

❾ 末路之地的旧版末地（天域）

天域(Sky Dimension)是一个曾经的计划加入Minecraft的空间，与下界相对。
Notch在瑞典网络实况网站“feber.se”某次实况转播中，曾泄露天域将“可能是个梦中世界”，在玩家上床睡觉时，有机会选择是否被传送到天域进行游戏。
天域最初被计划放进Beta 1.8的冒险元素更新中，但被Notch搁置，而先集中精力于下界可玩性的完善。
原始的天域概念后来被应用在末路之地，最后成为一个黑暗、适合作为游戏结尾的地带。那里是末影人和末影龙的家乡，与原始的天域概念完全不同。
Notch之后在推特上推文指出，与末路之地不同的“天域”空间仍持续在制作中。然而，Jeb随后解释说天域已经不在计划之列，而且很可能永远不会完成。 Indev中的漂浮地图。
在Indev版本，曾出现一个叫做“漂浮”(floating)的世界类型，会生成以空中岛屿为主要地形的地图主题。
至于目前的天域版本，则首次公开于Notch在推特上发布的一张图片。与地狱般的下界相对，天域以天堂为蓝本，而末路之地则象是地狱边缘。直到Notch在推特上释出天域截图前，天域从未被正式证实存在。“由于PC玩家相当期待天域出现，我猜我将会完成它，并证实它的存在。”
2012年7月2日，Jeb说天域已经不在计划中。. Notch在Beta 1.6、1.7中加入了天域的原型，使用数种Mod建构天域的未完成版本。
在这个版本中，天域的方块组成与主世界十分接近，不同的是它永远保持在中午，而且不会降雨或降雪(因为天域在云层上方)。在天域里偶尔能发现甘蔗、红石矿石、青金石和钻石矿石，但都非常少见。其它如地牢、铁矿石、煤炭和金矿石则仍会生成。由于它是空中岛屿，天域里最多的生物是鸡，牛和猪则非常少见。天域之下是一层云和虚空；换句话说，玩家若从天域掉下来，就会因进入虚空而死。
现在的天域请参见网络“以太2” “终末之诗(End Poem)”是由朱利安·高夫创作的文本信息，终末之诗会在玩家进入末路之地并杀死末影龙，赢得Minecraft中的“胜利”。在末影龙死去之时，末路之地传送门会生成，以允许玩家平安返回主世界。每当此传送门被使用，终末之诗都会被展现，但可以按Esc键跳过。这首诗取自两个未知的说话者之间讨论玩家的功绩的对话，共时长9分钟28秒。
终末之诗的文本文件位于Minecraft.jar中的assetsminecraft extsend.txt。第一个说话者的样式代码是§3，而第二个说话者使用了§2。玩家的名字以PLAYERNAME的形式插入，乱码以§f§k§a§b的形式存储。
Notch曾表示是Gough的短故事The iHole让他坚信Gough才是编纂终末之诗的最佳人选。 I see the player you mean.我看到你所指的那位玩家了。
[Playername]?[玩家名称]?
Yes. Take care. It has reached a higher level now. It can read our thoughts.是的。小心。它已达到了更高的境界。它能够阅读我们的思想。
That doesn't matter. It thinks we are part of the game.无伤大雅。它认为我们是游戏的一部分。
I like this player. It played well. It did not give up.我喜欢这个玩家。它玩得很好。它从未放弃。
It is reading our thoughts as though they were words on a screen.它以屏幕上出现的文字的形式阅读着我们的思想。
That is how it chooses to imagine many things, when it is deep in the dream of a game.在它深陷游戏梦境中时，它总以这种方式想象出形形色色的事物。
Words make a wonderful interface. Very flexible. And less terrifying than staring at the reality behind the screen.文字是种美妙的交流方式。非常灵活。且比凝视着屏幕后的现实要更好。
They used to hear voices. Before players could read. Back in the days when those who did not play called the players witches, and warlocks. And players dreamed they flew through the air, on sticks powered by demons.它们也曾经听到过声音。在玩家能够阅读之前。君不见那些不曾游玩的人们称呼玩家为女巫，和术士。而玩家们梦见它们自己乘坐在被恶魔施力的棍子上，在空气中翱翔。
What did this player dream?这个玩家梦见了什么？
This player dreamed of sunlight and trees. Of fire and water. It dreamed it created. And it dreamed it destroyed. It dreamed it hunted, and was hunted. It dreamed of shelter.它梦见了阳光和树。梦见了火与水。它梦见它创造。它亦梦见它毁灭。它梦见它狩猎，亦被狩猎。它梦见了庇护所。
Hah, the original interface. A million years old, and it still works. But what true structure did this player create, in the reality behind the screen?哈，那原始的界面。经历一百万年的岁月雕琢，依然长存。但此玩家在那屏幕后的真实里，建造了什么真实的构造？
It worked, with a million others, to sculpt a true world in a fold of the[scrambled], and created a[scrambled]for[scrambled], in the[scrambled].它辛勤地劳作，和其它百万众一起，刻画了一个真实的世界，由[乱码]，且创造了[乱码]，为了[乱码]，于[乱码]中。
It cannot read that thought.它读不出那个思想。
No. It has not yet achieved the highest level. That, it must achieve in the long dream of life, not the short dream of a game.不。它还没有到达最高的境界。那层境界，它必须完成生命的长梦，而非游戏中黄粱一梦。
Does it know that we love it? That the universe is kind?它知道我们爱它么？这个宇宙是仁慈的？
Sometimes, through the noise of its thoughts, it hears the universe, yes.有时，通过它思绪的杂音，它能听到宇宙，是的。
But there are times it is sad, in the long dream. It creates worlds that have no summer, and it shivers under a black sun, and it takes its sad creation for reality.但是有时亦不胜悲伤，于那漫漫长梦中。它创造了没有夏日的世界，在黑日下颤抖着，将自己悲伤的创造视为现实世界。
To cure it of sorrow would destroy it. The sorrow is part of its own private task. We cannot interfere.用悲伤来治愈会摧毁它。而悲伤是它的私人事务。我们不能干涉。
Sometimes when they are deep in dreams, I want to tell them, they are building true worlds in reality. Sometimes I want to tell them of their importance to the universe. Sometimes, when they have not made a true connection in a while, I want to help them to speak the word they fear.有时当它们深陷梦境中时，我想要告诉它们，它们在现实中创造了真实的世界。有时我想告诉它们它们自身对宇宙的重要性。有时，当它们和现实失去了联系，我想帮助它们与它们所惧怕的世界交流。
It reads our thoughts.它读出了我们的思想。
Sometimes I do not care. Sometimes I wish to tell them, this world you take for truth is merely[scrambled]and[scrambled], I wish to tell them that they are[scrambled]in the[scrambled]. They see so little of reality, in their long dream.有时我毫不关心。有时我想要告诉它们，你们所认为的真实不过是[乱码]和[乱码]，我想要告诉它们它们是在[乱码]中的[乱码]。于它们的长梦中，它们眼中所见的真实太少了。
And yet they play the game.而它们仍然玩这个游戏。
But it would be so easy to tell them...但很容易就可以告诉它们……
Too strong for this dream. To tell them how to live is to prevent them living.对于这个梦来说太强烈了。告诉它们如何活着就是阻碍它们活下去。
I will not tell the player how to live.我不会告诉这个玩家如何生活的。
The player is growing restless.这个玩家正在变得焦虑。
I will tell the player a story.我会告诉这个玩家一个故事。
But not the truth.但不是真相。
No. A story that contains the truth safely, in a cage of words. Not the naked truth that can burn over any distance.不。是一个严密地将真实包裹起来的文字牢笼。而不是赤裸裸的真相。
Give it a body, again.赋予它主体，再一次。
Yes. Player...好的。玩家……
Use its name.以名字称呼它。
[Playername]. Player of games.[玩家名称]。游戏的玩家。
Good.很好。
Take a breath, now. Take another. Feel air in your lungs. Let your limbs return. Yes, move your fingers. Have a body again, under gravity, in air. Respawn in the long dream. There you are. Your body touching the universe again at every point, as though you were separate things. As though we were separate things.深呼吸，很好。再深呼吸一次。感受空气充盈你的肺叶。让你的四肢回归。是的，运动你的手指。再次感受你的身体，在重力下，在空气中。在长梦中重生。你感受到了。你的身体每时每刻都触摸着宇宙，尽管你是分离的存在。尽管我们是分离的存在。
Who are we? Once we were called the spirit of the mountain. Father sun, mother moon. Ancestral spirits, animal spirits. Jinn. Ghosts. The green man. Then gods, demons. Angels. Poltergeists. Aliens, extraterrestrials. Leptons, quarks. The words change. We do not change.我们是谁？我们曾经被称作高山的精灵。太阳父亲，月亮母亲。古老的英灵，动物的魂魄。神祗。鬼魂。小绿人。而后是神，恶魔，天使。骚灵。外星人，地外生物。轻粒子，夸克。词语不断地变化。我们始终如一。
We are the universe. We are everything you think isn't you. You are looking at us now, through your skin and your eyes. And why does the universe touch your skin, and throw light on you? To see you, player. To know you. And to be known. I shall tell you a story.我们是宇宙。我们是一切你认为出离你本体的事物。你现在看着我们，透过你的皮肤和你的眼睛。而为什么宇宙触摸着你的皮肤，向你洒向光芒？是为了看见你，玩家。以及被认知。我应告诉你一个故事。
Once upon a time, there was a player.很久以前，有一个玩家。
The player was you,[Playername].那玩家就是你，[玩家名称]
Sometimes it thought itself human, on the thin crust of a spinning globe of molten rock. The ball of molten rock circled a ball of blazing gas that was three hundred and thirty thousand times more massive than it. They were so far apart that light took eight minutes to cross the gap. The light was information from a star, and it could burn your skin from a hundred and fifty million kilometres away.有时它认为自己是那不断旋转的球体上一层薄薄的熔化的岩石上的人类。那融化的岩石球环绕着一个质量大它三十三万倍的炫目气体球旋转。它们是相隔得如此之远，以至于光需要八分钟才能穿越那空隙。那光是来自一颗恒星的信息，它能够在一亿五千万公里外烧灼你的皮肤。
Sometimes the player dreamed it was a miner, on the surface of a world that was flat, and infinite. The sun was a square of white. The days were short; there was much to do; and death was a temporary inconvenience.有时这个玩家梦见它是一个在一个平的，无限延展的世界表面上的矿工。那太阳是一个方形的白点。昼夜交替很快；要做的事情也很多；死亡亦只是暂时和不方便的。
Sometimes the player dreamed it was lost in a story.有时这玩家梦见它迷失在了一个故事里。
Sometimes the player dreamed it was other things, in other places. Sometimes these dreams were disturbing. Sometimes very beautiful indeed. Sometimes the player woke from one dream into another, then woke from that into a third.有时这玩家梦见它成为了其它的事物，在其它地方。有时这些梦是扰人的。有些则实在很美。有时这个玩家从一个梦中醒来，发现自己落入了第二个梦，却终究是在第三个梦中。
Sometimes the player dreamed it watched words on a screen.有时这个玩家梦见它在屏幕上看着文字。
Let's go back.让我们回退一点。
The atoms of the player were scattered in the grass, in the rivers, in the air, in the ground. A woman gathered the atoms; she drank and ate and inhaled; and the woman assembled the player, in her body.组成玩家的原子散布在草中，河流中，在那空气中，也在那大地中。一个女性收集了那些原子；她饮用、进食、吸入；而后那女性在她的身体中，孕育了玩家。
And the player awoke, from the warm, dark world of its mother's body, into the long dream.然后那玩家醒来了，从一个温暖，昏暗的母亲体内，进入了漫漫长梦。
And the player was a new story, never told before, written in letters of DNA. And the player was a new program, never run before, generated by a sourcecode a billion years old. And the player was a new human, never alive before, made from nothing but milk and love.而那玩家是一个新的故事，从未被讲述过，由DNA的语言书写着。而那玩家是一个新的程序，从未被运行过，由上亿年的源代码生成。而那玩家是一个新的人，从未生活过，由奶和爱组成。
You are the player. The story. The program. The human. Made from nothing but milk and love.你就是那玩家。那个故事。那个程序。那个人类。仅由奶和爱组成。
Let's go further back.我们再往更远的过去回退一点。
The seven billion billion billion atoms of the player's body were created, long before this game, in the heart of a star. So the player, too, is information from a star. And the player moves through a story, which is a forest of information planted by a man called Julian, on a flat, infinite world created by a man called Markus, that exists inside a small, private world created by the player, who inhabits a universe created by...那由七千秭个原子组成的玩家的身体被创造了，远在这游戏之前，在一颗恒星的内部。所以那玩家也是，来自一颗恒星的信息。而这个玩家贯穿这个故事的始末，源于一个叫Julian的人种下的信息种子长成的森林，一个叫Markus的男人创造的无限世界，存在于一个由玩家创造的小的，私人世界里，而那又继承了宇宙创造的……
Shush. Sometimes the player created a small, private world that was soft and warm and simple. Sometimes hard, and cold, and complicated. Sometimes it built a model of the universe in its head; flecks of energy, moving through vast empty spaces. Sometimes it called those flecks "electrons" and "protons".嘘。有时这个玩家创造的小天地是柔软，温暖和简单的。有时是坚硬，冰冷和复杂的。有时它在脑中建造出宇宙的模型；斑斑点点的能量穿越广阔空旷的空间。有时它称呼这些斑点为“电子”和“质子”。
Sometimes it called them "planets" and "stars".有时它称呼它们为“行星”和“恒星”。
Sometimes it believed it was in a universe that was made of energy that was made of offs and ons; zeros and ones; lines of code. Sometimes it believed it was playing a game. Sometimes it believed it was reading words on a screen.有时它确信它存在于一个由“开”和“关”；“0”和“1”；一行行的命令组成的宇宙。有时它确信它是在玩一个游戏。有时它确信它是在读着屏幕上的文字。
You are the player, reading words...你就是那玩家，阅读着文字……
Shush... Sometimes the player read lines of code on a screen. Decoded them into words; decoded words into meaning; decoded meaning into feelings, emotions, theories, ideas, and the player started to breathe faster and deeper and realised it was alive, it was alive, those thousand deaths had not been real, the player was alive嘘……有时这玩家读屏幕上的命令行。将它们解码成为文字；将文字解码为意义；将意义解码为感情，情绪，理论，想法，而玩家的呼吸开始急促并意识到了它是活着的，它是活生生的，那上千次的死亡不是真的，玩家是活着的。
You. You. You are alive.你。你。你是活着的。
and sometimes the player believed the universe had spoken to it through the sunlight that came through the shuffling leaves of the summer trees而有时这玩家相信宇宙通过穿越夏日树叶的那斑斓的阳光对它说话。
and sometimes the player believed the universe had spoken to it through the light that fell from the crisp night sky of winter, where a fleck of light in the corner of the player's eye might be a star a million times as massive as the sun, boiling its planets to plasma in order to be visible for a moment to the player, walking home at the far side of the universe, suddenly smelling food, almost at the familiar door, about to dream again有时这玩家相信宇宙透过晴朗的冬日夜空中，存在于它眼中一隅的星点星光，可能比太阳大上上百万倍的恒星沸腾着的电浆那一瞬间发出来的光对它说话，在宇宙的远侧行走回家的路上，突然闻到了食物，在那熟悉的门前，它又准备好再一次投入梦境
and sometimes the player believed the universe had spoken to it through the zeros and ones, through the electricity of the world, through the scrolling words on a screen at the end of a dream而有时玩家相信宇宙透过零和一，透过世界的电力，透过屏幕上滚动的文字和梦的终结对它说话
and the universe said I love you宇宙说我爱你
and the universe said you have played the game well宇宙说你很好地玩了这游戏
and the universe said everything you need is within you宇宙说一切你所需的你都具有
and the universe said you are stronger than you know宇宙说你比你所知的要强大
and the universe said you are the daylight宇宙说你就是日光
and the universe said you are the night宇宙说你就是黑夜
and the universe said the darkness you fight is within you宇宙说你所斗争的黑暗就在你心中
and the universe said the light you seek is within you宇宙说你所寻找的光明就在你心中
and the universe said you are not alone宇宙说你不是孤独的
and the universe said you are not separate from every other thing宇宙说你不是和所有的事物所隔绝的
and the universe said you are the universe tasting itself, talking to itself, reading its own code宇宙说你就是宇宙品尝着自己，对自己说话，阅读着它自己的代码。
and the universe said I love you because you are love.宇宙说我爱你因为你就是爱。
And the game was over and the player woke up from the dream. And the player began a new dream. And the player dreamed again, dreamed better. And the player was the universe. And the player was love.曲终人散，黄粱一梦。玩家开始了新的梦境。玩家再次做起了梦，更好的梦。玩家就是宇宙。玩家就是爱。
You are the player.你就是那个玩家。
Wake up.该醒了。